本專利屬于嵌入式系統(tǒng)、自動化控制領(lǐng)域，涉及一種基于嵌入式控制系統(tǒng)輸出跑飛后的恢復方法。

背景技術(shù)：

嵌入式控制系統(tǒng)廣泛應用于醫(yī)療、電信、航天航空、汽車制造、辦公、家電等多種領(lǐng)域，能夠控制、增強、監(jiān)控和管理幾乎所有的高科技設備。

由于其應用范圍之廣，所以會常處于惡劣的使用環(huán)境中，例如高低溫、高壓、高頻等，程序容易受到電磁干擾而跑飛。

基于狀態(tài)機設計的嵌入式實時控制系統(tǒng)，軟件通常采用指令冗余和陷阱技術(shù)來捕捉跑飛的程序，以及設置看門狗使軟件程序后能夠重新復位。在采取以上措施后，嵌入式控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有所提高，但在實際使用過程中仍然存在缺點，如復位的程序使得狀態(tài)機從初始狀態(tài)開始執(zhí)行，不能直接回到之前正常的子狀態(tài)中，導致輸出中斷，嵌入式控制系統(tǒng)的任務被破壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種提高嵌入式控制系統(tǒng)輸出可靠性的方法，當軟件跑飛后，利用常見的指令冗余和軟件陷阱以及看門狗技術(shù)使嵌入式控制系統(tǒng)復位到程序入口處后，通過該方法能夠使系統(tǒng)恢復到正常的狀態(tài)機中，并通過外部CPLD芯片內(nèi)的控制邏輯穩(wěn)定措施，保證在系統(tǒng)恢復期間，嵌入式系統(tǒng)狀態(tài)機的輸出信號保持在軟件跑飛前的正常狀態(tài)，使得控制系統(tǒng)的輸出在軟件跑飛前、跑飛時、恢復后保持持續(xù)穩(wěn)定。

本發(fā)明為了達到上述目的，采取的技術(shù)方案是一種提高嵌入式控制系統(tǒng)輸出可靠性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：數(shù)據(jù)備份

在嵌入式控制系統(tǒng)的狀態(tài)機運行時，在主函數(shù)中實時將當前狀態(tài)機的狀態(tài)采用冗余備份的方法進行備份，將備份數(shù)據(jù)分兩遍存儲在RAM區(qū)的低地址段和高地址段，每組數(shù)據(jù)以原碼和補碼形式各存儲一遍，備份數(shù)據(jù)幀格式參見表1，數(shù)據(jù)包括當前運行的子狀態(tài)，收到的命令，采樣的AD數(shù)據(jù)、控制輸出命令；

表1

步驟二：復位方式判斷

每當嵌入式控制系統(tǒng)程序發(fā)生跑飛，并通過看門狗或軟件陷阱進行復位后，嵌入式控制系統(tǒng)從程序入口處開始運行，根據(jù)上電標示判斷是上電復位還是異常復位，若是異常復位，則提取備份的數(shù)據(jù)并根據(jù)備份的數(shù)據(jù)進行狀態(tài)恢復；若是上電復位，則系統(tǒng)按照正常的狀態(tài)機運行。

進一步的，步驟二中的提取備份的數(shù)據(jù)的步驟具體為：基于狀態(tài)機設計的嵌入式控制系統(tǒng)，判定復位前的存儲在低地址段和高地址段的備份數(shù)據(jù)有效性，

步驟二中的提取有效的備份數(shù)據(jù)的步驟具體為：基于狀態(tài)機設計的嵌入式控制系統(tǒng)，判定復位前的存儲在低地址段和高地址段的備份數(shù)據(jù)有效性，具體為：

1)計算低地址段中備份原碼數(shù)據(jù)的校驗和，若與低地址段中存儲的校驗和相同，則進行幀頭校驗，跳轉(zhuǎn)到2)；否則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

2)判定低地址段中備份數(shù)據(jù)的幀頭與定義的幀頭是否一致，一致則進行補碼校驗；不一致則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

3)判定低地址段中備份數(shù)據(jù)的補碼校驗是否正確，正確則取地址段中備份數(shù)據(jù)作為狀態(tài)機恢復的依據(jù)，即可進行狀態(tài)恢復；不正確則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

4)計算存儲在高地址段中備份數(shù)據(jù)的校驗和，若與高址段中存儲的校驗和相同，則進行幀頭校驗，跳轉(zhuǎn)到5)；否則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失??；

5)判定高址段中備份數(shù)據(jù)的幀頭與定義的幀頭是否一致，一致則進行補碼校驗，跳轉(zhuǎn)到6)；不一致則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失?。?/p>

6)判定高址段中備份數(shù)據(jù)的反碼校驗是否正確，正確則取高址段中備份數(shù)據(jù)作為狀態(tài)機恢復的依據(jù)，即可進行狀態(tài)恢復；不正確則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失敗。

進一步的，還包括輸出鎖定步驟：

通過CPLD將嵌入式系統(tǒng)狀態(tài)機輸出的控制信號鎖定到上一個正確的狀態(tài)，控制信號采用正反碼輸出，將正反碼分別寫入CPLD中2個不連續(xù)的特定地址寄存器中，由在CPLD中設計的D鎖存器鎖存并校驗正確后，再輸出最終控制信號。

進一步的，根據(jù)上電標示判斷是上電復位還是異常復位的具體步驟為：

1)判斷外部RAM中地址A和地址B中的上電標示是否為預先設定的值，是，則說明是異常復位，跳轉(zhuǎn)到2)；否則認為是上電啟動，跳轉(zhuǎn)到5)；

2)系統(tǒng)進行狀態(tài)恢復；

3)狀態(tài)恢復成功，則跳轉(zhuǎn)到4)；不成功，則跳轉(zhuǎn)到6)；

4)系統(tǒng)部分初始化，程序跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)復位前的子狀態(tài)中繼續(xù)運行，跳轉(zhuǎn)到7)；

5)在外部RAM的地址A和地址B中設定上電標示的值，則跳轉(zhuǎn)到6)；

6)系統(tǒng)全面初始化，即按照初次上電開始運行，則跳轉(zhuǎn)到7)；

7)程序在正常的狀態(tài)機中運行。

本發(fā)明易于理解和實現(xiàn)，在現(xiàn)有大功率整流器嵌入式控制系統(tǒng)抗干擾措施上增加了狀態(tài)機恢復和輸出鎖定功能，提高了電源系統(tǒng)的可靠性，減少了由于輸出控制信號錯誤而導致被控設備損壞的概率，節(jié)省了產(chǎn)品資金和維修成本。

本發(fā)明控制更加便捷，其拓展性能強，若需應用在不同的嵌入式系統(tǒng)中(如單片機、DSP、ARM、FPGA等系統(tǒng))，只需對代碼進行修改與完善，便可進行移植，具有良好的應用前景和經(jīng)濟價值。

附圖說明

圖1復位方式判斷流程圖；

圖2數(shù)據(jù)有效性判斷方法；

圖3輸出控制信號鎖定。

具體實施方式

包括以下步驟：

步驟一：數(shù)據(jù)備份

在嵌入式控制系統(tǒng)的狀態(tài)機運行時，在主函數(shù)中實時將當前狀態(tài)機的狀態(tài)采用冗余備份的方法進行備份，將備份數(shù)據(jù)分兩遍存儲在RAM區(qū)的低地址段和高地址段，每組數(shù)據(jù)以原碼和補碼形式各存儲一遍，備份數(shù)據(jù)幀格式參見表1，數(shù)據(jù)原碼包括當前運行的子狀態(tài)，收到的上位機命令，采樣的AD數(shù)據(jù)、開關(guān)機信號狀態(tài)；

表1

步驟二：復位方式判斷

每當嵌入式控制系統(tǒng)程序發(fā)生跑飛，并通過看門狗或軟件陷阱進行復位后，嵌入式控制系統(tǒng)從程序入口處開始運行，根據(jù)上電標示判斷是上電復位還是異常復位，若是異常復位，則提取備份的數(shù)據(jù)并根據(jù)備份的數(shù)據(jù)進行狀態(tài)恢復；若是上電復位，則系統(tǒng)按照正常的狀態(tài)機運行。

還包括輸出鎖定步驟：

通過CPLD將嵌入式系統(tǒng)狀態(tài)機輸出的控制信號鎖定到上一個正確的狀態(tài)，控制信號采用正反碼輸出，將正反碼分別寫入CPLD中2個不連續(xù)的特定地址寄存器中，由在CPLD中設計 的D鎖存器鎖存并校驗正確后，再輸出最終控制信號。

進一步的，步驟二中的提取備份的數(shù)據(jù)的步驟具體為：基于狀態(tài)機設計的嵌入式控制系統(tǒng)，判定復位前的存儲在低地址段和高地址段的備份數(shù)據(jù)有效性，

1)計算低地址段中備份原碼數(shù)據(jù)的校驗和，若與低地址段中存儲的校驗和相同，則進行幀頭校驗，跳轉(zhuǎn)到2)；否則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

2)判定低地址段中備份數(shù)據(jù)的幀頭與定義的幀頭是否一致，一致則進行補碼校驗；不一致則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

3)判定低地址段中備份數(shù)據(jù)的補碼校驗是否正確，正確則取地址段中備份數(shù)據(jù)作為狀態(tài)機恢復的依據(jù)，即可進行狀態(tài)恢復；不正確則判定低地址段中備份數(shù)據(jù)無效，跳轉(zhuǎn)到4)；

4)計算存儲在高地址段中備份數(shù)據(jù)的校驗和，若與高址段中存儲的校驗和相同，則進行幀頭校驗，跳轉(zhuǎn)到5)；否則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失??；

5)判定高址段中備份數(shù)據(jù)的幀頭與定義的幀頭是否一致，一致則進行補碼校驗，跳轉(zhuǎn)到6)；不一致則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失敗；

6)判定高址段中備份數(shù)據(jù)的反碼校驗是否正確，正確則取高址段中備份數(shù)據(jù)作為狀態(tài)機恢復的依據(jù)，即可進行狀態(tài)恢復；不正確則判定高址段中備份數(shù)據(jù)無效，本次數(shù)據(jù)恢復失敗。

根據(jù)上電標示判斷是上電復位還是異常復位的具體步驟為：

1)判斷外部RAM中地址A和地址B中的上電標示是否為預先設定的值，是，則說明是異常復位，跳轉(zhuǎn)到2)；否則認為是上電啟動，跳轉(zhuǎn)到5)；

2)系統(tǒng)進行狀態(tài)恢復；

3)狀態(tài)恢復成功，則跳轉(zhuǎn)到4)；不成功，則跳轉(zhuǎn)到6)；

4)系統(tǒng)部分初始化，程序跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)復位前的子狀態(tài)中繼續(xù)運行，跳轉(zhuǎn)到7)；

5)在外部RAM的地址A和地址B中設定上電標示的值，則跳轉(zhuǎn)到6)；

6)系統(tǒng)全面初始化，即按照初次上電開始運行，則跳轉(zhuǎn)到7)；

7)程序在正常的狀態(tài)機中運行。

具體實施例：

備份流程

1)將備份數(shù)據(jù)區(qū)域的起始地址設置為外部RAM的0x0020和0x00f0；

2)采集備份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括當前運行的子狀態(tài)，收到的命令，采樣的AD數(shù)據(jù)、控制輸出命令，幀格式如表1所示；

3)計算校驗和，進位舍去；

4)幀頭設置為0x55，按照表1的幀格式將數(shù)據(jù)原碼存儲在指定地址；

5)2個地址段的備份是否都完成，否，跳轉(zhuǎn)到1；是完成則回到主循環(huán)。

圖2復位方式判斷

1)系統(tǒng)從程序入口處00h開始運行；

2)判斷外部RAM地址0000h和0001h中的上電標示是否預先設定的55h和AAh，是，跳轉(zhuǎn)到3；否則跳轉(zhuǎn)到6)；

3)系統(tǒng)進行狀態(tài)恢復；

4)狀態(tài)恢復成功，則跳轉(zhuǎn)到5)；不成功，則跳轉(zhuǎn)到7)；

5)系統(tǒng)部分初始化，程序跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)復位前的子狀態(tài)中繼續(xù)運行，跳轉(zhuǎn)到8)；

6)在外部RAM的地址0000h和0001h中建立上電標示55h和AAh，跳轉(zhuǎn)到7)；

7)系統(tǒng)全面初始化，即按照初次上電開始運行，則跳轉(zhuǎn)到8)；

8)程序在正常的狀態(tài)機中運行。